JP3987351B2 - 水圧エレベータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水圧を用いて人や貨物を昇降する水圧エレベータ装置に関し、特にホームエレベータに好適な水圧エレベータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液圧を用いて人や貨物を昇降させるエレベータとしては、乗り籠の昇降用駆動装置に油を作動流体として使用する油圧シリンダを用いた油圧エレベータが広く利用されている。油圧エレベータの制御には、油圧シリンダへの作動油の供給・排出を行なう油圧ポンプを駆動する電動機をインバータにより駆動制御する各種の制御方式及び制御装置が提案されている。
【０００３】
図１は、従来の油圧エレベータの油圧回路を含む基本的構成例を示す図である。同図に示すように、油圧エレベータは、乗り籠１００、油圧シリンダ１１０、パイロット操作式逆止弁１２０、油圧ポンプ１３０、電動機１４０、インバータ１５０、制御装置１６０及びタンク（リザーバ）１７０を具備して構成されている。乗り籠１００の位置を検出する位置検出器１９０、１９１の出力は制御装置１６０に入力され、該制御装置１６０は切換弁１８０やインバータ１５０を制御するようになっている。
【０００４】
乗り籠１００をプランジャ１１１を介して昇降させる油圧シリンダ１１０の下部にパイロット操作式逆止弁１２０を介して油圧ポンプ１３０が接続されており、油圧ポンプ１３０は電動機１４０により正逆回転するようになっている（以下、乗り籠１００を上昇させる方向の回転を正方向とする）。電動機１４０の回転方向及び回転速度はインバータ１５０の位相反転及び周波数制御により変化する。パイロット操作式逆止弁１２０は、油圧シリンダ１１０の下部の油圧をパイロット圧として導入する切換弁１８０により開閉される。また、油圧ポンプ１３０と並列にリリーフ弁２００が設けられている。
【０００５】
上記のように構成された油圧エレベータでは、インバータ１５０によって電動機１４０が正方向に回転（運転）されると、タンク１７０内の作動油が油圧ポンプ１３０に吸入され、該油圧ポンプ１３０から吐出された作動油はパイロット操作式逆止弁１２０を介して、油圧シリンダ１１０の下部に供給され、これによりプランジャ１１１が伸長して、乗り籠が上昇するようになっている。油圧ポンプ１３０を停止すると、パイロット操作式逆止弁１２０は自然に閉じ、プランジャ１１１の位置が保持されるため、乗り籠１００は停止する。
【０００６】
また、乗り籠１００を下降させる場合には、インバータ１５０により電動機１４０を逆方向に回転させると同時に、切換弁１８０を励磁（開弁）して、油圧シリンダ１１０の作動油をパイロット操作式逆止弁１２０のパイロットポート１２１に供給し、該パイロット操作式逆止弁１２０を開弁する。これにより油圧シリンダ１１０の下部の油が油圧ポンプ１３０に吸入され、タンク１７０に放出されることによりプランジャ１１１及び乗り籠１００は下降する。この乗り籠１００の上昇・下降の速度は、制御装置１６０により、インバータ１５０を制御し、該インバータ１５０から電動機１４０に供給される電力周波数を変化させることにより制御する。
【０００７】
上記構成の油圧エレベータにおいて、下降時にパイロット操作式逆止弁１２０を開弁すると、油圧シリンダ１１０のプランジャ１１１下部の圧力が急激に低下し、プランジャ１１１が急激に下降するため、乗り籠１００にもショックが伝わり、乗り心地が悪いという問題がある。また、下降時には油圧シリンダ１１０の圧力により油圧ポンプ１３０が駆動され、モータとして作用してしまうため、電動機１４０が回転させられインバータ１５０が過負荷になったり、所望の速度よりも速い速度となってしまうという問題もある。さらに油温や作動圧力により油圧機器の特性（特に油圧ポンプのリーク量）が変化し、停止位置近傍の低速領域の特性がばらついて、滑らかな動作特性や良好な停止位置精度が得難いという問題もある。
【０００８】
上記問題点を解決する種々の方法が提案されている。例えば、特開平８−２３１１４４号公報に開示されている油圧エレベータの制御方法及び装置がある。該制御方法及び装置においては、油温や圧力による油圧機器のばらつきの影響を低減するために、乗り籠の速度を検出する速度検出手段を別途設け、該乗り籠の速度を所望の速度となるように、インバータへの速度制御指令値を出力するものである。
【０００９】
また、特開平６−２３９５４１号公報に開示されている油圧エレベータの制御装置においては、逆止弁の油圧シリンダ側と、油圧ポンプ側にそれぞれ圧力検出器を設け、起動時の油圧ポンプ出力の圧力制御を行ないながら滑らかな挙動を実現し、運転開始後には、該乗り籠の移動に伴う油圧の変化により、起動補償値の補正を行うことで、乗り籠の速度精度と着床レベル精度の改善を行うようにしている。
【００１０】
上記提案されている油圧エレベータの制御技術では、油圧機器のばらつきの影響を低減するために、動作中の速度や圧力のフィードバック補償を行なっており、良好な速度制御特性や着床レベル精度の改善のために、高度な制御装置や特殊な制御弁、検出器などが必要となる。そのため、高度な制御装置の分だけ価格が高くなる上、性能を維持するために適切なメンテナンスも必要となる。業務用のエレベータに該油圧エレベータの制御技術を用いるのであれば、法定点検により頻繁にメンテナンスされ、多少の初期コストがかかっても問題は少ない。しかしながら、家庭用の所謂ホームエレベータの場合は、初期投資が大きくなることや、法定点検期間が長いため適切なメンテナンスで性能を維持しつづけることが難しいという問題がある。
【００１１】
また、特開平７−３３０２３０号公報に開示されている油圧エレベータの運転方法によれば、エレベータの下降運転開始時に油圧ポンプ内部のリーク量より少ない量の作動油を該油圧ポンプと制御弁の間に送り込みつつ、該リーク量と送り込み量の差を制御弁を通してシリンダ内の作動油で補充することで、複雑な制御装置を必要とせずにエレベータの下降開始時に滑らかな挙動を実現している。
【００１２】
しかしながら、上記開示されている油圧エレベータの運転においては、作動油の油温や圧力による油圧機器の性能（特に油圧ポンプのリーク量）のばらつきが考慮されておらず、常に適切な挙動が得られないという問題がある。また、油圧ポンプのリーク量よりも少ない量の作動油を該油圧ポンプと制御弁の間に送り込むためには、電動機を極めて低速で運転しなくてはならないが、電動機の回転速度が低速になればなるほど、大きな電流が必要となる。
【００１３】
このため、電動機が大電流を流すことで発熱し、故障したり寿命が短くなる可能性が高く、また、インバータが流すことができる電流値（許容電流値）を越えて停止したり、ブレーカが落ちる可能性もある。従って、この障害を避けるために、定格運転時に必要な能力のインバータや電動機よりも大きな能力の機器が必要になるという問題がある。
【００１４】
一方、清水を作動流体として用いる水圧により、人や貨物を昇降させる昇降機も商品化されているが、これらは仮設使用を前提とした高所作業台ないし貨物リフトであり、屋内に常設され日常の使用に供されるエレベータ装置としては、速度精度、着床レベル精度、滑らかな昇降起動及び停止等の種々の点で技術的に満足できるものではない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、作動流体として水を用い、複雑な制御装置や高度な制御機器を用いなくても、簡単な構成で良好な着床レベルと乗り心地を実現できる水圧エレベータ装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、乗り籠をプランジャを介して昇降させる水圧シリンダと、タンクから前記水圧シリンダに作動水流路を介して作動水を給排水する水圧ポンプと、水圧シリンダと水圧ポンプ間の作動水流路に設けたパイロット操作式逆止弁と、該パイロット操作式逆止弁と水圧シリンダ間の作動水流路から分岐してタンクに連通する作動水流路に設けた常時閉の制御弁と、水圧ポンプを駆動する電動機と、電動機に周波数を制御して駆動電力を供給するインバータと、インバータ、パイロット操作式逆止弁及び制御弁の動作を制御する制御装置と、水圧シリンダとパイロット操作式逆止弁間の作動水流路に設けた第一の圧力検出手段と、乗り籠の位置を検出しその検出信号を制御装置に出力する位置検出手段とを備えて水圧エレベータを構成し、制御装置は乗り籠の上昇運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第１の遅延時間を演算し、インバータを介して乗り籠の位置及び速度を目的着床レベルの近くまで制御し、位置検出手段により停止位置を検知した後に、第１の遅延時間だけ前記水圧ポンプの運転を継続してから該水圧ポンプを停止するようにインバータを制御することを特徴とする。
【００１７】
上記のように制御装置は、乗り籠の上昇運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第１の遅延時間を演算し、インバータを介して乗り籠の位置及び速度を目的着床レベルの近くまで制御し、位置検出手段により停止位置を検知した後に、第１の遅延時間だけ前記水圧ポンプの運転を継続してから該水圧ポンプを停止するようにインバータを制御するので、乗客数等乗り籠荷重によらずいつも同じ位置に着床でき、乗り心地が向上する。また、複雑な制御装置や高度な制御機器を用いなくても、簡単な構成で目的着床レベルに精度よく、着床できる。また、作動流体に水を用いるので、乗り籠の挙動に与える作動流体の温度の影響を低減することができ、温度の影響を補償するのに必要な機器が不要となる。
【００１８】
従来の油圧エレベータにおいて問題であった油圧機器の特性の変化は、圧力や温度による機器の特性の変化が小さな作動流体を用いることで改善が可能である。エレベータの基本的な駆動部分を作動流体に水を用いる水圧機器で構成したので、温度の変化による機器の特性の変化を低減することができる。また、乗り籠の下降時には、圧力の影響を受けにくい制御弁で該乗り籠の着床時の速度及び位置を制御するようにしたので、圧力の影響を低減することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、乗り籠をプランジャを介して昇降させる水圧シリンダと、タンクから水圧シリンダに作動水流路を介して作動水を給排水する水圧ポンプと、水圧シリンダと水圧ポンプ間の作動水流路に設けたパイロット操作式逆止弁と、該パイロット操作式逆止弁と水圧シリンダ間の作動水流路から分岐してタンクに連通する作動水流路に設けた常時閉の制御弁と、水圧ポンプを駆動する電動機と、電動機に周波数を制御して駆動電力を供給するインバータと、インバータ、パイロット操作式逆止弁及び制御弁の動作を制御する制御装置と、水圧シリンダとパイロット操作式逆止弁間の作動水流路に設けた第一の圧力検出手段と、乗り籠の位置を検出しその検出信号を制御装置に出力する位置検出手段とを備えて水圧エレベータを構成し、制御装置は乗り籠の下降運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第３の遅延時間を演算し、パイロット操作式逆止弁とインバータを介して、乗り籠の位置及び速度を目的着床レベル近くまで制御した後、制御弁による位置及び速度の制御に切り換え、位置検出手段により停止位置を検知してから、第３の遅延時間だけ制御弁の開状態を継続した後に該制御弁を閉止するように制御することを特徴とする。
【００２０】
上記のように制御装置は乗り籠の下降運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第３の遅延時間を演算し、パイロット操作式逆止弁とインバータを介して、乗り籠の位置及び速度を目的着床レベル近くまで制御した後、制御弁による位置及び速度の制御に切り換え、位置検出手段により停止位置を検知してから、第３の遅延時間だけ制御弁の開状態を継続した後に該制御弁を閉止するように制御するので、乗客数等乗り籠荷重によらずいつも同じ位置に着床でき、乗り心地が向上する。また、複雑な制御装置や高度な制御機器を用いなくても、簡単な構成で目的着床レベルに精度よく、着床できる。また、作動流体に水を用いるので、乗り籠の挙動に与える作動流体の温度の影響を低減することができ、温度の影響を補償するのに必要な機器が不要となる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の水圧エレベータ装置において、制御装置は、制御弁による位置及び速度の制御への切り換えを、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行うことを特徴とする。
【００２２】
上記のように制御弁による位置及び速度の制御への切り換えを、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行うので、パイロット操作式逆止弁とインバータとを介しての制御において十分に減速させ、その後に切り換えることで乗り籠への衝撃を緩和し乗り心地が更に向上する。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の水圧エレベータ装置において、制御装置は、第一の圧力検出手段の出力により、更に第２の遅延時間を演算し、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行う制御弁による位置及び速度の制御への切り換えにおいて、パイロット操作式逆止弁を閉弁させるための信号出力と、制御弁を開弁させるための信号出力との間に第２の遅延時間に等しい時間間隔を設けたことを特徴とする。
【００２４】
上記のように第一の圧力検出手段の出力により、更に第２の遅延時間を演算し、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行う制御弁による位置及び速度の制御への切り換えにおいて、パイロット操作式逆止弁を閉弁させるための信号出力と、制御弁を開弁させるための信号出力との間に第２の遅延時間に等しい時間間隔を設けたので、パイロット操作式逆止弁と制御弁とが両方ともに開状態となってしまう事態を避け、一方でパイロット操作式逆止弁が全閉するとほぼ同時に制御弁を開くように設定できるから、乗り籠への衝撃を緩和でき乗り心地が更に向上するという効果を有するものである。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか１に記載の水圧エレベータ装置において、パイロット操作式逆止弁と前記水圧ポンプ間の作動水流路に第二の圧力検出手段を設け、制御装置は、乗り籠の下降運転開始時に、インバータに水圧ポンプを水圧シリンダに作動水を供給する方向に運転する指令信号を出力し、第二の圧力検出手段の圧力検出値が前記第一の圧力検出値を超えた時点で、パイロット操作式逆止弁に開弁指令を出力するとともに、水圧ポンプを水圧シリンダから作動水を排出する方向に運転する指令信号を出力することを特徴とする。
【００２６】
上記のように制御装置は、乗り籠の下降運転開始時、インバータに水圧ポンプを水圧シリンダに作動水を供給する方向に運転する指令信号を出力し、第二の圧力検出手段の圧力検出値が第一の圧力検出手段の圧力検出値を超えた時点で、パイロット操作式逆止弁に開弁指令を出力するととともに、該水圧ポンプを水圧シリンダから作動水を排出する方向に運転する指令信号を出力する機能を具備し、更にパイロット操作式逆止弁が緩慢に開弁する様に構成したので、乗り籠の下降開始時の圧力や速度の急変がなく、良好な乗り心地で下降開始が実現できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基いて説明する。図２は本発明に係る水圧エレベータの水圧回路を含む基本的構成例を示す図である。本水圧エレベータは、乗り籠１、水圧シリンダ２、パイロット操作式逆止弁３、水圧ポンプ４、電動機５、インバータ６、制御装置７、タンク８で構成されている。乗り籠１の昇降位置を検出する検出器１６ａ〜１６ｅの検出出力、第一圧力検出器９及び第二圧力検出器１０の検出出力は制御装置７に入力されるようになっている。
【００２８】
本水圧エレベータでは、水圧シリンダ２とパイロット操作式逆止弁３間の作動水流路に圧力を検出する第一圧力検出器９、パイロット操作式逆止弁３と水圧ポンプ４間の作動水流路に圧力を検出する第二圧力検出器１０が設けられている。後に詳述するように、第一圧力検出器９は乗り籠１の着床レベル（停止位置）精度の改善及び下降時の起動補償に用いられ、第二圧力検出器１０は下降時の起動補償に用いられる。
【００２９】
水圧シリンダ２内の圧力作動水をパイロット操作式逆止弁３のパイロットポート３ａに供給する電磁切換弁１１の供給ポートには、図示しないオリフィスが挿入されている。これにより、パイロット操作式逆止弁３の開弁時に電磁切換弁１１を介して該パイロット操作式逆止弁３のパイロットポート３ａに供給される作動水の流量が制限されるため、パイロット操作式逆止弁３の開弁動作が緩慢となる。
【００３０】
水圧シリンダ２とパイロット操作式逆止弁３の間の作動水流路は更に分岐され、後述する乗り籠１の下降時の速度と位置を制御する制御弁１２を介して、タンク８に接続されている。なお、制御弁１２は絞り弁１２ａと切換弁１２ｂから構成されている。
【００３１】
また、水圧ポンプ４とタンク８の間には、プランジャ２ａに加わる荷重により圧力が変動する水圧シリンダ２の作動水により水圧ポンプ４が駆動され、該乗り籠１が過速することを防止するための、逆止弁１３とリリーフ弁１４が設けられている。他の構成は、水圧機器を用いたことを除けば、図１に示す従来の油圧エレベータと同じであるから、その説明は省略する。
【００３２】
本発明に係る水圧エレベータは、水圧機器によりエレベータを構成することにより、下記のような利点がある。
液圧ポンプ（油圧ポンプや水圧ポンプなどの容積式）の吐出流量は、実吐出流量をＱ1、理論吐出流量をＱth（＝ｎ×Ｖth、但しｎ：回転速度、Ｖth：理論押しのけ容積）、ポンプのリーク量ΔＱを用いて
Ｑ1＝Ｑth−ΔＱ …（１）
と表される。
【００３３】
上記式（１）のポンプのリーク量ΔＱは、一般的には，ポンプの吸込側圧力と吐出側圧力との差ΔＰ1と動粘度νの比に対して
ΔＱ∝ΔＰ1／ν …（２）
となる関係があることが知られている。従って、ポンプの実吐出量は、動粘度νが温度によって大きく変化すれば、ポンプのリーク量ΔＱは圧力と温度によって変化するが、変化が小さければ、概圧力の変化のみで評価できることとなる。
【００３４】
油圧システムの作動流体である鉱油の場合は、一般に用いられるＩＳＯ ＶＧ ３２を例として評価すると、油温が２０度から５０度まで変化すると、動粘度νはおよそ９０ｃＳｔから２０ｃＳｔまで変化する。一方、水圧システムで用いる添加物を加えない水の場合には、動粘度νはおよそ１ｃＳｔから０．５５ｃＳｔ程度であり、絶対量の変化は極めて小さく、変化の割合にしても鉱油よりも少ないため、温度によるポンプのリーク量ΔＱの変化は鉱油を用いる場合よりも少なくなる。
【００３５】
また、層流領域における配管内圧力損失（管摩擦係数）ΔＰ2と配管内通過流量Ｑ2の関係は、ポンプのリーク量ΔＱと同じく
Ｑ2∝ΔＰ2／ν …（３）
であるため、圧力と温度の影響を受ける。しかし、作動流体が水である場合には、動粘度νが小さいために配管内は乱流領域であることが多く、層流領域は流量が小さな領域に限られる。この乱流領域での管摩擦係数に与える粘度の影響は小さいため，温度による影響はほとんど受けないと考えて良い。
【００３６】
一方、絞り弁やスプール弁などのオリフィス型の流量制御弁の流量特性は、通過流量Ｑ3と、弁前後差圧ΔＰ3、弁開口面積Ａとの間に
Ｑ3∝Ａ√ΔＰ3 …（４）
となる関係があることが知られており、開口面積Ａが同一であれば弁前後差圧ΔＰ3の平方根に比例し、温度（粘度）の影響は受けず、また、ポンプのリーク量ΔＱや配管抵抗の変化よりは圧力による影響は小さい。
【００３７】
このように、作動流体を水とすることにより、機器の特性が温度の影響を受けにくくすることができ、機器の特性の変化は概圧力に依存すると考えて良い。このため、作動流体に水を用いる水圧エレベータでは、温度の影響を補償するための機器や制御方法が不要となり、簡単な構成で、機器の特性変化を補償できる。
【００３８】
次に、本発明に係る水圧エレベータの別の利点を示すために、運転時の動作制御方法及び水圧エレベータの挙動について、該乗り籠の上昇運転時と下降運転時とに分けて説明する。
【００３９】
〔上昇運転時〕
図３は、図２に示す水圧エレベータの上昇運転時の電動機速度、インバータ指令信号及び位置検出出力のタイミングを示す図である。制御装置７は、乗り籠１のドアの閉信号が与えられると、それと同時に第一圧力検出器９の圧力検出値を読み取り、後述する「遅延時間１」を計算し、該計算した「遅延時間１」を制御装置７に設けられた図示しないメモリに記憶する。
【００４０】
乗り籠１のドアが閉じた後、制御装置７は図３（ｂ）に示すようにインバータ６にインバータ指令信号として「高速１」を送出する。該インバータ６は、予め設定された変化率で電動機５に供給する駆動電力の周波数を変化させ、図３（ａ）に示すように該電動機５を既定の定格速度まで加速する。これにより、水圧ポンプ４は正回転で回転する。
【００４１】
水圧ポンプ４が正回転を開始すると、タンク８から水が逆止弁１３を介して該水圧ポンプ４に吸込され、該水圧ポンプ４内で加圧され、パイロット操作式逆止弁３を通り、水圧シリンダ２に供給される。これにより、プランジャ２ａを伸長し、該プランジャ２ａの上昇により乗り籠１が上昇する。
【００４２】
ここで、水圧ポンプ４を定格速度で運転している（即ち水圧ポンプ４の回転速度ｎが大きい）場合には、該水圧ポンプ４のリーク量は吐出流量に比べて少ないため、プランジャ２ａの伸長速度（即ち乗り籠１の上昇速度）に大きな影響を及ぼさない。従って、乗り籠１の乗客数（積載荷重）が異なっても、該乗り籠１は概ね同じ速度で上昇する。
【００４３】
インバータ６は、制御装置７から図３（ｂ）に示す「高速１」の指令信号が送出されている間、所定の一定周波数を維持し、乗り籠１は定格速度で上昇を続ける。その後、制御装置７が乗り籠１が減速開始位置に達したことを位置検出器１６ｂを介して検知すると、図３（ｂ）に示すようにインバータ指令信号を「低速１」に切り換える。なお、該減速開始位置は始動時からの時間管理によって所定時間経過したら減速開始位置としてもよい。また、位置検出器１６ａ〜ｅは、例えば、リミットスイッチや光電スイッチで構成される。
【００４４】
上記「低速１」のインバータ指令信号に切り換えられたインバータ６は、電動機５に供給する駆動電力の周波数を予め設定された変化率で変化させ、図３（ａ）に示すように該電動機５を既定の速度まで減速する。なお、上記減速時の周波数の変化率は、加速時の変化率と同じでも異なっていても良い。これにより水圧シリンダ２への作動水流入量が減少し、プランジャ２ａの伸長速度が減速し、乗り籠１の上昇速度が減速する。
【００４５】
この着床速度近傍の低速領域では、水圧ポンプ４の回転速度ｎは小さく、該水圧ポンプ４の吐出水量も小さいために、プランジャ２ａに加わる荷重により変動する水圧シリンダ２の内圧に起因する水圧ポンプ４のリーク量が変動するので、乗り籠１の速度が大きく変化することになる。
【００４６】
しかし、乗り籠１の着床速度が上記圧力の影響によって変化したとしても、制御装置７が乗り籠１が停止位置に達したことを位置検出器１６ａを介して検知するまで、水圧ポンプ４の運転を維持すれば、圧力の変化による水圧ポンプ４のリーク量変化の影響は低減できる。また、乗り籠１が停止位置に達した時点で、制御装置７からインバータ６に停止信号を送ると、該インバータ６は電動機５に供給する駆動電力の周波数を既定の変化率で変化させ、該駆動電力を止めることで電動機５を停止する。しかし、該電動機５の回転が完全に停止する僅かな期間にも、水圧ポンプ４から作動水が吐出されて、乗り籠１は上昇する（以下、制御装置７が停止位置を検知してから、実際に乗り籠１が停止するまでの距離を空走距離、該空走距離に対応する時間を空走期間と呼ぶ）。
【００４７】
空走距離を考慮しなければ、上記のように水圧ポンプ４のリーク量の変化は、乗り籠１が着床レベルに到達するまで水圧ポンプ４の運転を保持すれば補償することが可能であるが、実際には空走距離の変化によって、着床レベル（停止位置）が変化する。そこで、該圧力の変化による空走距離の変化を抑制するために、空走期間を意図的に増減し、水圧ポンプ４の運転期間を増減することで、この空走距離が略同一になるように補正する。即ち、図３（ｃ）に示す位置検出器１６ａの位置検出出力により、乗り籠１が停止位置に達したことを制御装置７が検知すると、該制御装置７は事前に記憶した「遅延時間１」待機してから、インバータ６に停止信号を送出する。
【００４８】
この「遅延時間１」は空荷（即ち、乗り籠の荷重のみでプランジャ２ａに加わる荷重が小さい）の場合に最小値、定格荷重の時が最大値となる図４に示すような関係から求めたものである。図４はこの上昇運転時の「遅延時間１」と乗り籠１の荷重の関係を示す図である。同図に示すように、「遅延時間１」は空荷、即ちプランジャ２ａに加わる荷重がもっとも小さい乗り籠１の荷重のみの場合に最小値となり、定格荷重の場合に最大値となる。
【００４９】
「遅延時間１」によって空走期間の調整を行わない場合には、電動機５（水圧ポンプ４）の回転数が同一であっても、プランジャ２ａに加わる荷重が小さいときには水圧ポンプ４のリーク量が小さいため、乗り籠１の速度が速くなり、空走距離が伸び、逆に荷重が大きいときには水圧ポンプ４のリーク量が多くなり、乗り籠１の速度が遅くなるため空走距離が短くなる。
【００５０】
しかし、図４に示すように、乗り籠１の荷重（乗客や貨物）の増減によって「遅延時間１」を計算することで空走距離を同一にすることができ、乗り籠１の着床レベルを同一にすることができる。乗り籠１が始動してから停止するまでの間、乗り籠１の荷重が変化しないため、プランジャ２ａに加わる荷重による水圧ポンプ４に作用する圧力は略同一であるとみなすことができるから、始動時の圧力により、「遅延時間１」が計算できる。
【００５１】
電動機５が停止し、水圧ポンプ４から水圧シリンダ２へ作動水が供給されなくなると、プランジャ２ａが停止するとともに乗り籠１が停止する。このとき、パイロット操作式逆止弁３は電磁切換弁１１が励磁されていない状態なので、通常の逆止弁として機能し、水圧シリンダ２から水圧ポンプ４へ作動水流が流れることなく、乗り籠１の位置は保持される。
【００５２】
なお、遅延時間を決定する方法は、複雑な補間演算式を用いたり、テーブルピックアップによっても良いが、水圧ポンプ４のリーク量の特性を鑑みると図４に示す「遅延時間１」と荷重の計算式は妥当であるし、水圧エレベータの性能実験でも十分な結果が得られた。
【００５３】
〔下降運転時〕
図５は、水圧エレベータの下降（乗り籠下降）運転時の電動機速度及びインバータ指令信号と時間の関係を示す図であり、図６は下降開始時の電動機速度及び各種信号と時間の関係、図７は下降停止時の電動機速度及び各種信号と時間の関係を示す図である。
【００５４】
乗客が乗り籠１に搭乗すると、第一圧力検出器９で水圧シリンダ２とパイロット操作式逆止弁３間の作動水流路の圧力を測定する。下降信号が制御装置７に与えられると、該制御装置７は第一圧力検出器９で測定した圧力に基いて後述する「遅延時間２」及び「遅延時間３」を計算して図示しないメモリに記憶する。制御装置７は、乗り籠１のドアが完全に閉まり切った時点で、図５（ｂ）に示すように「低速２」のインバータ指令信号をインバータに送り、乗り籠１を上昇させる方向に電動機５を運転する。該インバータ６は、電動機５に供給する駆動電力の周波数を予め設定された変化率で変化させ、電動機５を「低速２」に対応する速度まで加速する。
【００５５】
「低速２」に対応する電動機５の速度は、プランジャ２ａに乗り籠１の最大積載荷重（定格荷重）が加わったときの水圧ポンプ４のリーク量よりも多くの作動水を水圧ポンプ４が吐出すように設定されている。また、水圧ポンプ４の性能は、上述の通り温度の影響をほとんど受けず、圧力による水圧ポンプ４のリーク量の変化は性能試験によって簡単に求めることができるため、事前に水圧ポンプ４の上記回転数を設定することが可能であり、その後の調整の必要はない。また、水圧ポンプ４をそのリーク量よりも少ない吐出流量の極低速で運転する必要がないため、電動機５に過大な電流を流す必要がない。
【００５６】
このとき水圧ポンプ４の吐出側の圧力、即ちパイロット操作式逆止弁３と水圧ポンプ４の間の圧力を第二圧力検出器１０で検出し、制御装置７に取り込む。水圧ポンプ４の吐出側圧力の増加に伴い、図６（ａ）に示すように水圧ポンプ４のリーク量も増加するため、該圧力は図６（ｂ）に示すように電動機５の回転速度に対して概ね一次遅れの特性を示して上昇する。水圧ポンプ４側の圧力と水圧シリンダ２側の圧力が同じ圧力に達した時点では、パイロット操作式逆止弁３は図示しないバネで付勢されているため開弁せず、水圧ポンプ４側の圧力（第二圧力検出器１０で検出）が水圧シリンダ２側の圧力（第一圧力検出器９で検出）よりもわずかに高くなって初めて開弁する。
【００５７】
制御装置７は、水圧ポンプ４側の圧力が、水圧シリンダ２側の圧力よりも大きくなったことを検知すると、図５（ｂ）、図６（ｃ）に示すように乗り籠１を下降方向に高速に運転する「高速２」のインバータ指令信号をインバータ６に送出し、同時に図６（ｄ）に示すように電磁切換弁１１に励磁信号を送出する。これにより、水圧シリンダ２の作動水を該電磁切換弁１１を介してパイロット操作式逆止弁３のパイロットポート３ａに供給し、該パイロット操作式逆止弁３の開弁を開始する。
【００５８】
インバータ６は「高速２」のインバータ指令信号を受けると、電動機５に供給する駆動電力の周波数を予め設定された変化率で低減させ、その後位相を反転させて該周波数を増加させる。即ち、図５（ａ）に示すように電動機５の回転速度を正回転方向から逆回転方向に滑らかに移行させる。この電動機５が減速しながらも正回転している間に、パイロット操作式逆止弁３は図６（ｄ）に示すように緩慢に開弁（所定時間かけて開弁）するため、水圧ポンプ４に作用する圧力は概一定となり、リーク量は一定となるから、電動機５の回転数が低減すると、水圧ポンプ４の吐出流量は該リーク量を下回るようになる。この水圧ポンプ４の吐出流量の低減分をパイロット操作式逆止弁３から水圧ポンプ４に向けての流出流量で補う形となり、水圧シリンダ２側からの作動水の排出量が徐々に増加し、乗り籠１が徐々に下降し始める。
【００５９】
その後、電動機５はインバータ６からの駆動電力により、正回転から逆回転に移行し、水圧シリンダ２内の作動水は、パイロット操作式逆止弁３を通り、該水圧ポンプ４に吸込まれ、乗り籠１は下降を始める。上記のように乗り籠１の始動時に圧力の急激な変化がなく、また急激な速度変化も生じないため、該乗り籠１の滑らかな始動開始を実現できる。
【００６０】
なお、第二圧力検出器１０は、水圧シリンダ２側の圧力と水圧ポンプ４側の圧力との差が所定の値を超えたことを検知すればよいので、フィードバック制御に使用するような高精度のセンサである必要はなく、例えば、差圧スイッチのようなものでも良い。
【００６１】
次に電動機５が既定の定格速度に達し、乗り籠１が一定の速度で下降している間は、水圧ポンプ４は水圧シリンダ２内の作動水を吸込み、リリーフ弁１４を介してタンク８に吐出することを除けば上昇時と略同じである。乗り籠１の下降時に水圧ポンプ４から吐出される作動水を直接タンク８に戻さないのは、リリーフ弁１４により水圧ポンプ４の吐出圧を所定圧力に保持することで、水圧ポンプ４が水圧シリンダ２側の圧力の影響を受けずに、乗り籠１の下降速度が過速することを防止するためである。
【００６２】
制御装置７が位置検出器１６ｃを介して乗り籠１が減速開始位置に達したことを検知すると、図５（ｂ）に示すように「低速３」のインバータ指令信号をインバータ６へ出力する。該「低速３」のインバータ指令信号によりインバータ６は、予め設定された変化率で電動機５に供給する駆動電力の周波数を変化させ、図５（ａ）に示すように該電動機５を既定の速度まで減速する。これにより水圧ポンプ４の作動水の吸込流量も減少し、プランジャ２ａの伸長速度が減速するとともに、乗り籠１の下降速度が減速するが、この時の乗り籠１の速度は、圧力の影響を受けて変化する。
【００６３】
この低速領域での乗り籠１の速度は、上昇運転時においてはプランジャ２ａに加わる荷重の増加により、水圧ポンプ４のリーク量が増大すると低下するのに対し、下降運転時においては該圧力の増加により水圧ポンプ４のリーク量が増大すると水圧シリンダ２の排出流量が増加するため、速度が上昇するという逆の傾向を示す。
【００６４】
乗り籠１が減速した後、制御装置７が該乗り籠１の着床レベルの手前に達したことを位置検出器１６ｄを介して検知すると、図７（ｂ）に示すようにインバータ６に停止信号を出力する。該インバータ６は、既定の変化率で電動機５に供給する駆動電力の周波数を変化させ、駆動電力の供給を停止することで電動機５は停止する。
【００６５】
また、制御装置７は、インバータ６に停止信号を出力した後、既定の減速待機期間経過後に図７（ｃ）に示すように電磁切換弁１１への励磁信号の出力を停止することで、該電磁切換弁１１を消磁し、パイロット操作式逆止弁３を閉弁する。また、制御装置７は、乗り籠１の下降開始時に記憶した「遅延時間２」だけ待機して、図７（ｄ）に示すように制御弁１２の切換弁１２ｂを励磁する。
【００６６】
パイロット操作式逆止弁３が完全に閉弁すると、水圧シリンダ２から排水される作動水は、制御弁１２の絞り弁１２ａを介してタンク８に排出される状態に切り替り、図７（ａ）に示すように乗り籠１の下降速度は、着床直前の速度となる。このように、乗り籠１の着床直前の速度は絞り弁１２ａを通過する作動水の流量により制限される。この絞り弁１２ａの通過流量は、上記式（４）より絞り弁１２ａ前後の圧力差ΔＰ3の平方根に比例するため、水圧ポンプ４のリーク量よりも圧力による影響は小さい。
【００６７】
通常、エレベータにおいて、着床時（停止時）の衝撃を避けるため、着床直前の速度は極めて低速に設定する。乗り籠１の上昇運転時には、水圧ポンプ４のリーク量の分だけ乗り籠１の速度が遅くなるため、インバータ６による電動機５の回転数を制御して水圧ポンプ４の回転数を過小にせずとも乗り籠１を極めて低速に運転することも可能である。しかし乗り籠１の下降運転時には、水圧シリンダ２内から水圧ポンプ４のリーク量の分だけ作動水が排出されてしまうため、乗り籠１の速度は速くなる。インバータ６は、水圧ポンプ４のリーク量に相当する回転速度より低い回転数で運転することは困難であるから、インバータ６によって乗り籠１の速度を極低速に制御することは困難である。
【００６８】
従って、着床直前に乗り籠１の下降速度を極低速に制御するためにはインバータ６による速度制御から、制御弁１２による速度制御に切り替える必要がある。インバータ６による下降速度と制御弁１２による乗り籠１の下降速度の間には、ある程度の差があるため、前記の速度制御の切り替えを急激に行うと乗り籠１の下降速度が急速に低下して、該乗り籠１に衝撃が作用して乗り心地が悪くなる。そこで、制御装置７がインバータ６に停止信号を送出し、電動機５（即ち水圧ポンプ４）が減速している途中で、制御弁１２による速度制御に切り替えることで、切り替え時の衝撃の発生を抑制する。
【００６９】
インバータ６から電動機５へ供給する駆動電力の停止までの周波数を適切に設定してあれば、電動機５（即ち水圧ポンプ４）の回転数はしだいに減速し、水圧ポンプ４の吸込量も滑らかに低減する。従って、水圧シリンダ２からの作動水の排出量が次第に減少するため、乗り籠１の下降速度は滑らかに低下する。電動機５が停止するまでの時間は概一定であるから、制御装置７がインバータ６に停止指令を送出してから一定時間、即ち減速待機期間の間、待機してから制御弁１２による速度制御に切り替えれば、乗り籠１の下降速度が充分に低下してから制御弁１２による速度制御に切り替えることができる。なお、本実施形態例では減速待機時間を一定としたが、例えば後述の「待機時間３」と同様にプランジャ２ａに加わる荷重に応じて適切に調整してもよい。
【００７０】
また、制御弁１２を開弁するタイミングをパイロット操作式逆止弁３が閉弁するタイミングとずらしている。即ち、制御装置７が図７（ｃ）に示す電磁切替弁励磁信号を停止するタイミングから図７（ｄ）に示すように「遅延時間２」だけ遅れて制御弁１２の切換弁１２ｂを励磁する切換弁励磁信号を出力している。これは、パイロット操作式逆止弁３が完全に閉弁する前に制御弁１２の切換弁１２ｂを開弁してしまうと、水圧ポンプ４及び切換弁１２ｂの両方から水圧シリンダ２内の作動水が排出され、乗り籠１の下降速度が増速し、その後パイロット操作式逆止弁３を閉弁すると、作動水の排出が切換弁１２ｂにより制限され、乗り籠１の下降速度が急速に減速し、該乗り籠１が振動して乗り心地が極めて悪くなることを防止するためである。
【００７１】
また、パイロット操作式逆止弁３の閉弁の応答速度は水圧シリンダ２のプランジャ２ａに加わる荷重の影響で若干変化するため、これを補正するために制御装置７は水圧シリンダ２側の圧力を第一圧力検出器９を介して読み取り、該読み取った圧力に基いて「遅延時間２」を計算し、制御弁１２の切換弁１２ｂを励磁するための切替弁励磁信号を送るタイミングを調整している。
【００７２】
また、速度センサなどを用いて、乗り籠１の下降速度が適切な速度に減速したことを検知して、制御弁１２による速度制御に切り換えるタイミング（「遅延時間２」）を決定することも可能であるが、速度センサを用いても機器の応答速度の変化には対応できない。そこで、上記のようにすることで簡単な構成で、機器の応答速度の変化にも対応することが可能となる。
【００７３】
乗り籠１の下降速度が制御弁１２による速度制御領域に達した後に、制御装置７は位置検出器１６ｅを介して乗り籠１が着床レベルに達したことを検知すると（図７（ｅ）参照）、「遅延時間３」だけ待機して制御弁１２の切換弁１２ｂの励磁を停止し（図７（ｄ）参照）、切換弁１２ｂを閉弁とする。切換弁１２ｂが閉弁することで、水圧シリンダ２内の作動水の排出はなくなり、プランジャ２ａが停止し、乗り籠１の位置が保持される。
【００７４】
上記のように乗り籠１の着床レベルを位置検出器１６ｅで検知した後に、「遅延時間３」だけ待機して切換弁１２ｂを閉弁するのは、乗り籠１の上昇運転時の空走距離の変化と同様の理由からである。即ち、プランジャ２ａに加わる荷重の変化により作動水が制御弁１２を通過する流量が変化することで、制御弁１２の切換弁１２ｂの閉弁動作が遅れる間に乗り籠１が下降する距離が変化することを補正するためである。
【００７５】
図８は、本水圧エレベータの下降運転時の「遅延時間３」と乗り籠１の荷重の関係を示す図である。同図に示すように、「遅延時間３」と乗り籠１の関係は、図４に示す本水圧エレベータの上昇運転時の「遅延時間１」と乗り籠１の荷重との関係とは逆の関係になる。「遅延時間３」は、乗り籠１が空荷、即ちプランジャ２ａに作用する荷重が最も小さい乗り籠１の荷重のみの場合に最大値となり、定格荷重の場合に最小値となる線形補間を用いている。
【００７６】
これは、プランジャ２ａに加わる荷重が小さく水圧シリンダ２に作用する圧力が小さい場合には、切換弁１２ｂを励磁した後の該切換弁１２ｂに流れる作動水の流量が少ないため、乗り籠１の空走距離が短く、該圧力が大きい場合には、乗り籠１の空走距離が長くなるためである。上記式（４）に表される絞り弁１２ａの特性を考慮すると、より複雑な圧力の平方根に比例する計算式の方が原理的には良好な結果が得られることも考えられるが、本特許出願の発明者が行った水圧エレベータの性能実験によれば、図８に示すような線形補間で十分な着床レベルの精度が得られることがわかった。
【００７７】
水圧エレベータを上記のように構成することにより、乗り籠１の上昇・下降の動作制御は、圧力（荷重）や温度によらず常に一定の周波数や変化率によるインバータ制御で行い、単に動作のタイミングを変更しているだけであるため、インバータ６が電動機５に供給する駆動電力の周波数を圧力や温度によって変化させたり、該周波数や水圧シリンダ２に作用する圧力を連続的に制御する必要がないので、高度な制御装置は必要ない。
【００７８】
また、該乗り籠１の上昇・下降の動作制御に必要な演算の精度は、０．０１秒程度であり、インバータ６に制御装置７が停止信号を与えてから乗り籠１が停止するまでのわずかな時間（１秒以下）を補正するだけであるため、８ビット程度の演算精度があれば、十分な精度が得られる。このため、図４及び図８に示すような線形補間の計算式のために高性能なＣＰＵ（中央演算処理装置）も必要ではない。
【００７９】
さらに、乗り籠１の上昇・下降の動作制御は、乗り籠１の運転期間中に圧力を測定したり、遅延時間１、２、３の計算を実施する必要がないため、安価なＰＬＣ（シーケンス制御装置）の時間管理機能と演算機能で実現可能であり、乗り籠１の動作開始時に必要な計算にかかる時間も短いため、乗り籠１のドアの開閉の間に演算可能であり、演算のための動作の遅れも生じない。
【００８０】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００８１】
請求項１に記載の発明によれば、制御装置は、乗り籠の上昇運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第１の遅延時間を演算し、インバータを介して乗り籠の位置及び速度を目的着床レベルの近くまで制御し、位置検出手段により停止位置を検知した後に、第１の遅延時間だけ水圧ポンプの運転を継続してから該水圧ポンプを停止するようにインバータを制御するので、乗客数等乗り籠荷重によらずいつも同じ位置に着床でき、乗り心地が向上する。また、作動媒体として水を用いているのでエレベータ装置の構成が簡素化できる。
【００８２】
請求項２に記載の発明によれば、制御装置は前記乗り籠の下降運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第３の遅延時間を演算し、パイロット操作式逆止弁とインバータを介して、乗り籠の位置及び速度を目的着床レベル近くまで制御した後、制御弁による位置及び速度の制御に切り換え、前記位置検出手段により停止位置を検知してから、第３の遅延時間だけ制御弁の開状態を継続した後に該制御弁を閉止するように制御するので、乗客数等乗り籠荷重によらずいつも同じ位置に着床でき、乗り心地が向上する。また、作動媒体として水を用いているのでエレベータ装置の構成が簡素化できる。
【００８３】
請求項３に記載の発明によれば、制御装置は、制御弁による位置及び速度の制御への切り換えを、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行うので、パイロット操作式逆止弁とインバータとを介しての制御において十分に減速させ、その後に切り換えることで乗り籠への衝撃を緩和し乗り心地が更に向上する。
【００８４】
請求項４に記載の発明によれば、制御装置は、第一の圧力検出手段の出力により、更に第２の遅延時間を演算し、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行う前記制御弁による位置及び速度の制御への切り換えにおいて、パイロット操作式逆止弁を閉弁させるための信号出力と、制御弁を開弁させるための信号出力との間に第２の遅延時間に等しい時間間隔を設けたので、パイロット操作式逆止弁と制御弁とが両方ともに開状態となってしまう事態を避け、一方でパイロット操作式逆止弁が全閉するとほぼ同時に制御弁を開くように設定できるから、乗り籠への衝撃を緩和でき乗り心地が更に向上する。
【００８５】
請求項５に記載の発明によれば、制御装置は、乗り籠の下降運転開始時、インバータに水圧ポンプを水圧シリンダに作動水を供給する方向に運転する指令信号を出力し、第二の圧力検出手段の圧力検出値が第一の圧力検出手段の圧力検出値を超えた時点で、パイロット操作式逆止弁に開弁指令を出力するととともに、該水圧ポンプを水圧シリンダから作動水を排出する方向に運転する指令信号を出力する機能を具備するので、乗り籠の下降開始時の圧力や速度の急変がなく、良好な乗り心地で下降開始が実現できる。
【００８６】
上記請求項１乃至５に記載の発明では、水圧エレベータを構成する検出器や制御装置に高度で複雑なものを使用する必要がないため、信頼性の高い水圧エレベータ装置を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の油圧エレベータの構成例を示す図である
【図２】 本発明にかかる水圧エレベータの構成例を示す図である。
【図３】 本水圧エレベータの上昇運転時の電動機（乗り籠）の速度及び指令信号と時間の関係を示す図である。
【図４】 本水圧エレベータの上昇運転時の「遅延時間１」と乗り籠の荷重の関係を示す図である。
【図５】 本水圧エレベータの下降運転時の電動機（乗り籠）の速度及び指令信号と時間の関係を示す図である。
【図６】 本水圧エレベータの下降開始時の電動機（乗り籠）の速度及び各種信号と時間の関係を示す図である。
【図７】 本水圧エレベータの下降停止時の電動機（乗り籠）の速度及び各種信号と時間の関係を示す図である。
【図８】 本水圧エレベータの下降運転時の「遅延時間３」と乗り籠の荷重の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 乗り籠
２ 水圧シリンダ
３ パイロット操作式逆止弁
４ 水圧ポンプ
５ 電動機
６ インバータ
７ 制御装置
８ タンク
９ 第一圧力検出器
１０ 第二圧力検出器
１１ 電磁切換弁
１２ 制御弁
１３ 逆止弁
１４ リリーフ弁
１５ リリーフ弁
１６ａ〜ｅ 位置検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、水圧を用いて人や貨物を昇降する水圧エレベータ装置に関し、特にホームエレベータに好適な水圧エレベータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液圧を用いて人や貨物を昇降させるエレベータとしては、乗り籠の昇降用駆動装置に油を作動流体として使用する油圧シリンダを用いた油圧エレベータが広く利用されている。油圧エレベータの制御には、油圧シリンダへの作動油の供給・排出を行なう油圧ポンプを駆動する電動機をインバータにより駆動制御する各種の制御方式及び制御装置が提案されている。
【０００３】
図１は、従来の油圧エレベータの油圧回路を含む基本的構成例を示す図である。同図に示すように、油圧エレベータは、乗り籠１００、油圧シリンダ１１０、パイロット操作式逆止弁１２０、油圧ポンプ１３０、電動機１４０、インバータ１５０、制御装置１６０及びタンク（リザーバ）１７０を具備して構成されている。乗り籠１００の位置を検出する位置検出器１９０、１９１の出力は制御装置１６０に入力され、該制御装置１６０は切換弁１８０やインバータ１５０を制御するようになっている。
【０００４】
乗り籠１００をプランジャ１１１を介して昇降させる油圧シリンダ１１０の下部にパイロット操作式逆止弁１２０を介して油圧ポンプ１３０が接続されており、油圧ポンプ１３０は電動機１４０により正逆回転するようになっている（以下、乗り籠１００を上昇させる方向の回転を正方向とする）。電動機１４０の回転方向及び回転速度はインバータ１５０の位相反転及び周波数制御により変化する。パイロット操作式逆止弁１２０は、油圧シリンダ１１０の下部の油圧をパイロット圧として導入する切換弁１８０により開閉される。また、油圧ポンプ１３０と並列にリリーフ弁２００が設けられている。
【０００５】
上記のように構成された油圧エレベータでは、インバータ１５０によって電動機１４０が正方向に回転（運転）されると、タンク１７０内の作動油が油圧ポンプ１３０に吸入され、該油圧ポンプ１３０から吐出された作動油はパイロット操作式逆止弁１２０を介して、油圧シリンダ１１０の下部に供給され、これによりプランジャ１１１が伸長して、乗り籠が上昇するようになっている。油圧ポンプ１３０を停止すると、パイロット操作式逆止弁１２０は自然に閉じ、プランジャ１１１の位置が保持されるため、乗り籠１００は停止する。
【０００６】
また、乗り籠１００を下降させる場合には、インバータ１５０により電動機１４０を逆方向に回転させると同時に、切換弁１８０を励磁（開弁）して、油圧シリンダ１１０の作動油をパイロット操作式逆止弁１２０のパイロットポート１２１に供給し、該パイロット操作式逆止弁１２０を開弁する。これにより油圧シリンダ１１０の下部の油が油圧ポンプ１３０に吸入され、タンク１７０に放出されることによりプランジャ１１１及び乗り籠１００は下降する。この乗り籠１００の上昇・下降の速度は、制御装置１６０により、インバータ１５０を制御し、該インバータ１５０から電動機１４０に供給される電力周波数を変化させることにより制御する。
【０００７】
上記構成の油圧エレベータにおいて、下降時にパイロット操作式逆止弁１２０を開弁すると、油圧シリンダ１１０のプランジャ１１１下部の圧力が急激に低下し、プランジャ１１１が急激に下降するため、乗り籠１００にもショックが伝わり、乗り心地が悪いという問題がある。また、下降時には油圧シリンダ１１０の圧力により油圧ポンプ１３０が駆動され、モータとして作用してしまうため、電動機１４０が回転させられインバータ１５０が過負荷になったり、所望の速度よりも速い速度となってしまうという問題もある。さらに油温や作動圧力により油圧機器の特性（特に油圧ポンプのリーク量）が変化し、停止位置近傍の低速領域の特性がばらついて、滑らかな動作特性や良好な停止位置精度が得難いという問題もある。
【０００８】
上記問題点を解決する種々の方法が提案されている。例えば、特開平８−２３１１４４号公報に開示されている油圧エレベータの制御方法及び装置がある。該制御方法及び装置においては、油温や圧力による油圧機器のばらつきの影響を低減するために、乗り籠の速度を検出する速度検出手段を別途設け、該乗り籠の速度を所望の速度となるように、インバータへの速度制御指令値を出力するものである。
【０００９】
また、特開平６−２３９５４１号公報に開示されている油圧エレベータの制御装置においては、逆止弁の油圧シリンダ側と、油圧ポンプ側にそれぞれ圧力検出器を設け、起動時の油圧ポンプ出力の圧力制御を行ないながら滑らかな挙動を実現し、運転開始後には、該乗り籠の移動に伴う油圧の変化により、起動補償値の補正を行うことで、乗り籠の速度精度と着床レベル精度の改善を行うようにしている。
【００１０】
上記提案されている油圧エレベータの制御技術では、油圧機器のばらつきの影響を低減するために、動作中の速度や圧力のフィードバック補償を行なっており、良好な速度制御特性や着床レベル精度の改善のために、高度な制御装置や特殊な制御弁、検出器などが必要となる。そのため、高度な制御装置の分だけ価格が高くなる上、性能を維持するために適切なメンテナンスも必要となる。業務用のエレベータに該油圧エレベータの制御技術を用いるのであれば、法定点検により頻繁にメンテナンスされ、多少の初期コストがかかっても問題は少ない。しかしながら、家庭用の所謂ホームエレベータの場合は、初期投資が大きくなることや、法定点検期間が長いため適切なメンテナンスで性能を維持しつづけることが難しいという問題がある。
【００１１】
また、特開平７−３３０２３０号公報に開示されている油圧エレベータの運転方法によれば、エレベータの下降運転開始時に油圧ポンプ内部のリーク量より少ない量の作動油を該油圧ポンプと制御弁の間に送り込みつつ、該リーク量と送り込み量の差を制御弁を通してシリンダ内の作動油で補充することで、複雑な制御装置を必要とせずにエレベータの下降開始時に滑らかな挙動を実現している。
【００１２】
しかしながら、上記開示されている油圧エレベータの運転においては、作動油の油温や圧力による油圧機器の性能（特に油圧ポンプのリーク量）のばらつきが考慮されておらず、常に適切な挙動が得られないという問題がある。また、油圧ポンプのリーク量よりも少ない量の作動油を該油圧ポンプと制御弁の間に送り込むためには、電動機を極めて低速で運転しなくてはならないが、電動機の回転速度が低速になればなるほど、大きな電流が必要となる。
【００１３】
このため、電動機が大電流を流すことで発熱し、故障したり寿命が短くなる可能性が高く、また、インバータが流すことができる電流値（許容電流値）を越えて停止したり、ブレーカが落ちる可能性もある。従って、この障害を避けるために、定格運転時に必要な能力のインバータや電動機よりも大きな能力の機器が必要になるという問題がある。
【００１４】
一方、清水を作動流体として用いる水圧により、人や貨物を昇降させる昇降機も商品化されているが、これらは仮設使用を前提とした高所作業台ないし貨物リフトであり、屋内に常設され日常の使用に供されるエレベータ装置としては、速度精度、着床レベル精度、滑らかな昇降起動及び停止等の種々の点で技術的に満足できるものではない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、作動流体として水を用い、複雑な制御装置や高度な制御機器を用いなくても、簡単な構成で良好な着床レベルと乗り心地を実現できる水圧エレベータ装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、乗り籠をプランジャを介して昇降させる水圧シリンダと、タンクから前記水圧シリンダに作動水流路を介して作動水を給排水する水圧ポンプと、水圧シリンダと水圧ポンプ間の作動水流路に設けたパイロット操作式逆止弁と、該パイロット操作式逆止弁と水圧シリンダ間の作動水流路から分岐してタンクに連通する作動水流路に設けた常時閉の制御弁と、水圧ポンプを駆動する電動機と、電動機に周波数を制御して駆動電力を供給するインバータと、インバータ、パイロット操作式逆止弁及び制御弁の動作を制御する制御装置と、水圧シリンダとパイロット操作式逆止弁間の作動水流路に設けた第一の圧力検出手段と、乗り籠の位置を検出しその検出信号を制御装置に出力する位置検出手段とを備えて水圧エレベータを構成し、制御装置は乗り籠の上昇運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第１の遅延時間を演算し、インバータを介して乗り籠の位置及び速度を目的着床レベルの近くまで制御し、位置検出手段により停止位置を検知した後に、第１の遅延時間だけ前記水圧ポンプの運転を継続してから該水圧ポンプを停止するようにインバータを制御することを特徴とする。
【００１７】
上記のように制御装置は、乗り籠の上昇運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第１の遅延時間を演算し、インバータを介して乗り籠の位置及び速度を目的着床レベルの近くまで制御し、位置検出手段により停止位置を検知した後に、第１の遅延時間だけ前記水圧ポンプの運転を継続してから該水圧ポンプを停止するようにインバータを制御するので、乗客数等乗り籠荷重によらずいつも同じ位置に着床でき、乗り心地が向上する。また、複雑な制御装置や高度な制御機器を用いなくても、簡単な構成で目的着床レベルに精度よく、着床できる。また、作動流体に水を用いるので、乗り籠の挙動に与える作動流体の温度の影響を低減することができ、温度の影響を補償するのに必要な機器が不要となる。
【００１８】
従来の油圧エレベータにおいて問題であった油圧機器の特性の変化は、圧力や温度による機器の特性の変化が小さな作動流体を用いることで改善が可能である。エレベータの基本的な駆動部分を作動流体に水を用いる水圧機器で構成したので、温度の変化による機器の特性の変化を低減することができる。また、乗り籠の下降時には、圧力の影響を受けにくい制御弁で該乗り籠の着床時の速度及び位置を制御するようにしたので、圧力の影響を低減することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、乗り籠をプランジャを介して昇降させる水圧シリンダと、タンクから水圧シリンダに作動水流路を介して作動水を給排水する水圧ポンプと、水圧シリンダと水圧ポンプ間の作動水流路に設けたパイロット操作式逆止弁と、該パイロット操作式逆止弁と水圧シリンダ間の作動水流路から分岐してタンクに連通する作動水流路に設けた常時閉の制御弁と、水圧ポンプを駆動する電動機と、電動機に周波数を制御して駆動電力を供給するインバータと、インバータ、パイロット操作式逆止弁及び制御弁の動作を制御する制御装置と、水圧シリンダとパイロット操作式逆止弁間の作動水流路に設けた第一の圧力検出手段と、乗り籠の位置を検出しその検出信号を制御装置に出力する位置検出手段とを備えて水圧エレベータを構成し、制御装置は乗り籠の下降運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第３の遅延時間を演算し、パイロット操作式逆止弁とインバータを介して、乗り籠の位置及び速度を目的着床レベル近くまで制御した後、制御弁による位置及び速度の制御に切り換え、位置検出手段により停止位置を検知してから、第３の遅延時間だけ制御弁の開状態を継続した後に該制御弁を閉止するように制御することを特徴とする。
【００２０】
上記のように制御装置は乗り籠の下降運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第３の遅延時間を演算し、パイロット操作式逆止弁とインバータを介して、乗り籠の位置及び速度を目的着床レベル近くまで制御した後、制御弁による位置及び速度の制御に切り換え、位置検出手段により停止位置を検知してから、第３の遅延時間だけ制御弁の開状態を継続した後に該制御弁を閉止するように制御するので、乗客数等乗り籠荷重によらずいつも同じ位置に着床でき、乗り心地が向上する。また、複雑な制御装置や高度な制御機器を用いなくても、簡単な構成で目的着床レベルに精度よく、着床できる。また、作動流体に水を用いるので、乗り籠の挙動に与える作動流体の温度の影響を低減することができ、温度の影響を補償するのに必要な機器が不要となる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の水圧エレベータ装置において、制御装置は、制御弁による位置及び速度の制御への切り換えを、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行うことを特徴とする。
【００２２】
上記のように制御弁による位置及び速度の制御への切り換えを、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行うので、パイロット操作式逆止弁とインバータとを介しての制御において十分に減速させ、その後に切り換えることで乗り籠への衝撃を緩和し乗り心地が更に向上する。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の水圧エレベータ装置において、制御装置は、第一の圧力検出手段の出力により、更に第２の遅延時間を演算し、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行う制御弁による位置及び速度の制御への切り換えにおいて、パイロット操作式逆止弁を閉弁させるための信号出力と、制御弁を開弁させるための信号出力との間に第２の遅延時間に等しい時間間隔を設けたことを特徴とする。
【００２４】
上記のように第一の圧力検出手段の出力により、更に第２の遅延時間を演算し、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行う制御弁による位置及び速度の制御への切り換えにおいて、パイロット操作式逆止弁を閉弁させるための信号出力と、制御弁を開弁させるための信号出力との間に第２の遅延時間に等しい時間間隔を設けたので、パイロット操作式逆止弁と制御弁とが両方ともに開状態となってしまう事態を避け、一方でパイロット操作式逆止弁が全閉するとほぼ同時に制御弁を開くように設定できるから、乗り籠への衝撃を緩和でき乗り心地が更に向上するという効果を有するものである。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか１に記載の水圧エレベータ装置において、パイロット操作式逆止弁と前記水圧ポンプ間の作動水流路に第二の圧力検出手段を設け、制御装置は、乗り籠の下降運転開始時に、インバータに水圧ポンプを水圧シリンダに作動水を供給する方向に運転する指令信号を出力し、第二の圧力検出手段の圧力検出値が前記第一の圧力検出値を超えた時点で、パイロット操作式逆止弁に開弁指令を出力するとともに、水圧ポンプを水圧シリンダから作動水を排出する方向に運転する指令信号を出力することを特徴とする。
【００２６】
上記のように制御装置は、乗り籠の下降運転開始時、インバータに水圧ポンプを水圧シリンダに作動水を供給する方向に運転する指令信号を出力し、第二の圧力検出手段の圧力検出値が第一の圧力検出手段の圧力検出値を超えた時点で、パイロット操作式逆止弁に開弁指令を出力するととともに、該水圧ポンプを水圧シリンダから作動水を排出する方向に運転する指令信号を出力する機能を具備し、更にパイロット操作式逆止弁が緩慢に開弁する様に構成したので、乗り籠の下降開始時の圧力や速度の急変がなく、良好な乗り心地で下降開始が実現できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基いて説明する。図２は本発明に係る水圧エレベータの水圧回路を含む基本的構成例を示す図である。本水圧エレベータは、乗り籠１、水圧シリンダ２、パイロット操作式逆止弁３、水圧ポンプ４、電動機５、インバータ６、制御装置７、タンク８で構成されている。乗り籠１の昇降位置を検出する検出器１６ａ〜１６ｅの検出出力、第一圧力検出器９及び第二圧力検出器１０の検出出力は制御装置７に入力されるようになっている。
【００２８】
本水圧エレベータでは、水圧シリンダ２とパイロット操作式逆止弁３間の作動水流路に圧力を検出する第一圧力検出器９、パイロット操作式逆止弁３と水圧ポンプ４間の作動水流路に圧力を検出する第二圧力検出器１０が設けられている。後に詳述するように、第一圧力検出器９は乗り籠１の着床レベル（停止位置）精度の改善及び下降時の起動補償に用いられ、第二圧力検出器１０は下降時の起動補償に用いられる。
【００２９】
水圧シリンダ２内の圧力作動水をパイロット操作式逆止弁３のパイロットポート３ａに供給する電磁切換弁１１の供給ポートには、図示しないオリフィスが挿入されている。これにより、パイロット操作式逆止弁３の開弁時に電磁切換弁１１を介して該パイロット操作式逆止弁３のパイロットポート３ａに供給される作動水の流量が制限されるため、パイロット操作式逆止弁３の開弁動作が緩慢となる。
【００３０】
水圧シリンダ２とパイロット操作式逆止弁３の間の作動水流路は更に分岐され、後述する乗り籠１の下降時の速度と位置を制御する制御弁１２を介して、タンク８に接続されている。なお、制御弁１２は絞り弁１２ａと切換弁１２ｂから構成されている。
【００３１】
また、水圧ポンプ４とタンク８の間には、プランジャ２ａに加わる荷重により圧力が変動する水圧シリンダ２の作動水により水圧ポンプ４が駆動され、該乗り籠１が過速することを防止するための、逆止弁１３とリリーフ弁１４が設けられている。他の構成は、水圧機器を用いたことを除けば、図１に示す従来の油圧エレベータと同じであるから、その説明は省略する。
【００３２】
本発明に係る水圧エレベータは、水圧機器によりエレベータを構成することにより、下記のような利点がある。
液圧ポンプ（油圧ポンプや水圧ポンプなどの容積式）の吐出流量は、実吐出流量をＱ1、理論吐出流量をＱth（＝ｎ×Ｖth、但しｎ：回転速度、Ｖth：理論押しのけ容積）、ポンプのリーク量ΔＱを用いて
Ｑ1＝Ｑth−ΔＱ …（１）
と表される。
【００３３】
上記式（１）のポンプのリーク量ΔＱは、一般的には，ポンプの吸込側圧力と吐出側圧力との差ΔＰ1と動粘度νの比に対して
ΔＱ∝ΔＰ1／ν …（２）
となる関係があることが知られている。従って、ポンプの実吐出量は、動粘度νが温度によって大きく変化すれば、ポンプのリーク量ΔＱは圧力と温度によって変化するが、変化が小さければ、概圧力の変化のみで評価できることとなる。
【００３４】
油圧システムの作動流体である鉱油の場合は、一般に用いられるＩＳＯ ＶＧ ３２を例として評価すると、油温が２０度から５０度まで変化すると、動粘度νはおよそ９０ｃＳｔから２０ｃＳｔまで変化する。一方、水圧システムで用いる添加物を加えない水の場合には、動粘度νはおよそ１ｃＳｔから０．５５ｃＳｔ程度であり、絶対量の変化は極めて小さく、変化の割合にしても鉱油よりも少ないため、温度によるポンプのリーク量ΔＱの変化は鉱油を用いる場合よりも少なくなる。
【００３５】
また、層流領域における配管内圧力損失（管摩擦係数）ΔＰ2と配管内通過流量Ｑ2の関係は、ポンプのリーク量ΔＱと同じく
Ｑ2∝ΔＰ2／ν …（３）
であるため、圧力と温度の影響を受ける。しかし、作動流体が水である場合には、動粘度νが小さいために配管内は乱流領域であることが多く、層流領域は流量が小さな領域に限られる。この乱流領域での管摩擦係数に与える粘度の影響は小さいため，温度による影響はほとんど受けないと考えて良い。
【００３６】
一方、絞り弁やスプール弁などのオリフィス型の流量制御弁の流量特性は、通過流量Ｑ3と、弁前後差圧ΔＰ3、弁開口面積Ａとの間に
Ｑ3∝Ａ√ΔＰ3 …（４）
となる関係があることが知られており、開口面積Ａが同一であれば弁前後差圧ΔＰ3の平方根に比例し、温度（粘度）の影響は受けず、また、ポンプのリーク量ΔＱや配管抵抗の変化よりは圧力による影響は小さい。
【００３７】
このように、作動流体を水とすることにより、機器の特性が温度の影響を受けにくくすることができ、機器の特性の変化は概圧力に依存すると考えて良い。このため、作動流体に水を用いる水圧エレベータでは、温度の影響を補償するための機器や制御方法が不要となり、簡単な構成で、機器の特性変化を補償できる。
【００３８】
次に、本発明に係る水圧エレベータの別の利点を示すために、運転時の動作制御方法及び水圧エレベータの挙動について、該乗り籠の上昇運転時と下降運転時とに分けて説明する。
【００３９】
〔上昇運転時〕
図３は、図２に示す水圧エレベータの上昇運転時の電動機速度、インバータ指令信号及び位置検出出力のタイミングを示す図である。制御装置７は、乗り籠１のドアの閉信号が与えられると、それと同時に第一圧力検出器９の圧力検出値を読み取り、後述する「遅延時間１」を計算し、該計算した「遅延時間１」を制御装置７に設けられた図示しないメモリに記憶する。
【００４０】
乗り籠１のドアが閉じた後、制御装置７は図３（ｂ）に示すようにインバータ６にインバータ指令信号として「高速１」を送出する。該インバータ６は、予め設定された変化率で電動機５に供給する駆動電力の周波数を変化させ、図３（ａ）に示すように該電動機５を既定の定格速度まで加速する。これにより、水圧ポンプ４は正回転で回転する。
【００４１】
水圧ポンプ４が正回転を開始すると、タンク８から水が逆止弁１３を介して該水圧ポンプ４に吸込され、該水圧ポンプ４内で加圧され、パイロット操作式逆止弁３を通り、水圧シリンダ２に供給される。これにより、プランジャ２ａを伸長し、該プランジャ２ａの上昇により乗り籠１が上昇する。
【００４２】
ここで、水圧ポンプ４を定格速度で運転している（即ち水圧ポンプ４の回転速度ｎが大きい）場合には、該水圧ポンプ４のリーク量は吐出流量に比べて少ないため、プランジャ２ａの伸長速度（即ち乗り籠１の上昇速度）に大きな影響を及ぼさない。従って、乗り籠１の乗客数（積載荷重）が異なっても、該乗り籠１は概ね同じ速度で上昇する。
【００４３】
インバータ６は、制御装置７から図３（ｂ）に示す「高速１」の指令信号が送出されている間、所定の一定周波数を維持し、乗り籠１は定格速度で上昇を続ける。その後、制御装置７が乗り籠１が減速開始位置に達したことを位置検出器１６ｂを介して検知すると、図３（ｂ）に示すようにインバータ指令信号を「低速１」に切り換える。なお、該減速開始位置は始動時からの時間管理によって所定時間経過したら減速開始位置としてもよい。また、位置検出器１６ａ〜ｅは、例えば、リミットスイッチや光電スイッチで構成される。
【００４４】
上記「低速１」のインバータ指令信号に切り換えられたインバータ６は、電動機５に供給する駆動電力の周波数を予め設定された変化率で変化させ、図３（ａ）に示すように該電動機５を既定の速度まで減速する。なお、上記減速時の周波数の変化率は、加速時の変化率と同じでも異なっていても良い。これにより水圧シリンダ２への作動水流入量が減少し、プランジャ２ａの伸長速度が減速し、乗り籠１の上昇速度が減速する。
【００４５】
この着床速度近傍の低速領域では、水圧ポンプ４の回転速度ｎは小さく、該水圧ポンプ４の吐出水量も小さいために、プランジャ２ａに加わる荷重により変動する水圧シリンダ２の内圧に起因する水圧ポンプ４のリーク量が変動するので、乗り籠１の速度が大きく変化することになる。
【００４６】
しかし、乗り籠１の着床速度が上記圧力の影響によって変化したとしても、制御装置７が乗り籠１が停止位置に達したことを位置検出器１６ａを介して検知するまで、水圧ポンプ４の運転を維持すれば、圧力の変化による水圧ポンプ４のリーク量変化の影響は低減できる。また、乗り籠１が停止位置に達した時点で、制御装置７からインバータ６に停止信号を送ると、該インバータ６は電動機５に供給する駆動電力の周波数を既定の変化率で変化させ、該駆動電力を止めることで電動機５を停止する。しかし、該電動機５の回転が完全に停止する僅かな期間にも、水圧ポンプ４から作動水が吐出されて、乗り籠１は上昇する（以下、制御装置７が停止位置を検知してから、実際に乗り籠１が停止するまでの距離を空走距離、該空走距離に対応する時間を空走期間と呼ぶ）。
【００４７】
空走距離を考慮しなければ、上記のように水圧ポンプ４のリーク量の変化は、乗り籠１が着床レベルに到達するまで水圧ポンプ４の運転を保持すれば補償することが可能であるが、実際には空走距離の変化によって、着床レベル（停止位置）が変化する。そこで、該圧力の変化による空走距離の変化を抑制するために、空走期間を意図的に増減し、水圧ポンプ４の運転期間を増減することで、この空走距離が略同一になるように補正する。即ち、図３（ｃ）に示す位置検出器１６ａの位置検出出力により、乗り籠１が停止位置に達したことを制御装置７が検知すると、該制御装置７は事前に記憶した「遅延時間１」待機してから、インバータ６に停止信号を送出する。
【００４８】
この「遅延時間１」は空荷（即ち、乗り籠の荷重のみでプランジャ２ａに加わる荷重が小さい）の場合に最小値、定格荷重の時が最大値となる図４に示すような関係から求めたものである。図４はこの上昇運転時の「遅延時間１」と乗り籠１の荷重の関係を示す図である。同図に示すように、「遅延時間１」は空荷、即ちプランジャ２ａに加わる荷重がもっとも小さい乗り籠１の荷重のみの場合に最小値となり、定格荷重の場合に最大値となる。
【００４９】
「遅延時間１」によって空走期間の調整を行わない場合には、電動機５（水圧ポンプ４）の回転数が同一であっても、プランジャ２ａに加わる荷重が小さいときには水圧ポンプ４のリーク量が小さいため、乗り籠１の速度が速くなり、空走距離が伸び、逆に荷重が大きいときには水圧ポンプ４のリーク量が多くなり、乗り籠１の速度が遅くなるため空走距離が短くなる。
【００５０】
しかし、図４に示すように、乗り籠１の荷重（乗客や貨物）の増減によって「遅延時間１」を計算することで空走距離を同一にすることができ、乗り籠１の着床レベルを同一にすることができる。乗り籠１が始動してから停止するまでの間、乗り籠１の荷重が変化しないため、プランジャ２ａに加わる荷重による水圧ポンプ４に作用する圧力は略同一であるとみなすことができるから、始動時の圧力により、「遅延時間１」が計算できる。
【００５１】
電動機５が停止し、水圧ポンプ４から水圧シリンダ２へ作動水が供給されなくなると、プランジャ２ａが停止するとともに乗り籠１が停止する。このとき、パイロット操作式逆止弁３は電磁切換弁１１が励磁されていない状態なので、通常の逆止弁として機能し、水圧シリンダ２から水圧ポンプ４へ作動水流が流れることなく、乗り籠１の位置は保持される。
【００５２】
なお、遅延時間を決定する方法は、複雑な補間演算式を用いたり、テーブルピックアップによっても良いが、水圧ポンプ４のリーク量の特性を鑑みると図４に示す「遅延時間１」と荷重の計算式は妥当であるし、水圧エレベータの性能実験でも十分な結果が得られた。
【００５３】
〔下降運転時〕
図５は、水圧エレベータの下降（乗り籠下降）運転時の電動機速度及びインバータ指令信号と時間の関係を示す図であり、図６は下降開始時の電動機速度及び各種信号と時間の関係、図７は下降停止時の電動機速度及び各種信号と時間の関係を示す図である。
【００５４】
乗客が乗り籠１に搭乗すると、第一圧力検出器９で水圧シリンダ２とパイロット操作式逆止弁３間の作動水流路の圧力を測定する。下降信号が制御装置７に与えられると、該制御装置７は第一圧力検出器９で測定した圧力に基いて後述する「遅延時間２」及び「遅延時間３」を計算して図示しないメモリに記憶する。制御装置７は、乗り籠１のドアが完全に閉まり切った時点で、図５（ｂ）に示すように「低速２」のインバータ指令信号をインバータに送り、乗り籠１を上昇させる方向に電動機５を運転する。該インバータ６は、電動機５に供給する駆動電力の周波数を予め設定された変化率で変化させ、電動機５を「低速２」に対応する速度まで加速する。
【００５５】
「低速２」に対応する電動機５の速度は、プランジャ２ａに乗り籠１の最大積載荷重（定格荷重）が加わったときの水圧ポンプ４のリーク量よりも多くの作動水を水圧ポンプ４が吐出すように設定されている。また、水圧ポンプ４の性能は、上述の通り温度の影響をほとんど受けず、圧力による水圧ポンプ４のリーク量の変化は性能試験によって簡単に求めることができるため、事前に水圧ポンプ４の上記回転数を設定することが可能であり、その後の調整の必要はない。また、水圧ポンプ４をそのリーク量よりも少ない吐出流量の極低速で運転する必要がないため、電動機５に過大な電流を流す必要がない。
【００５６】
このとき水圧ポンプ４の吐出側の圧力、即ちパイロット操作式逆止弁３と水圧ポンプ４の間の圧力を第二圧力検出器１０で検出し、制御装置７に取り込む。水圧ポンプ４の吐出側圧力の増加に伴い、図６（ａ）に示すように水圧ポンプ４のリーク量も増加するため、該圧力は図６（ｂ）に示すように電動機５の回転速度に対して概ね一次遅れの特性を示して上昇する。水圧ポンプ４側の圧力と水圧シリンダ２側の圧力が同じ圧力に達した時点では、パイロット操作式逆止弁３は図示しないバネで付勢されているため開弁せず、水圧ポンプ４側の圧力（第二圧力検出器１０で検出）が水圧シリンダ２側の圧力（第一圧力検出器９で検出）よりもわずかに高くなって初めて開弁する。
【００５７】
制御装置７は、水圧ポンプ４側の圧力が、水圧シリンダ２側の圧力よりも大きくなったことを検知すると、図５（ｂ）、図６（ｃ）に示すように乗り籠１を下降方向に高速に運転する「高速２」のインバータ指令信号をインバータ６に送出し、同時に図６（ｄ）に示すように電磁切換弁１１に励磁信号を送出する。これにより、水圧シリンダ２の作動水を該電磁切換弁１１を介してパイロット操作式逆止弁３のパイロットポート３ａに供給し、該パイロット操作式逆止弁３の開弁を開始する。
【００５８】
インバータ６は「高速２」のインバータ指令信号を受けると、電動機５に供給する駆動電力の周波数を予め設定された変化率で低減させ、その後位相を反転させて該周波数を増加させる。即ち、図５（ａ）に示すように電動機５の回転速度を正回転方向から逆回転方向に滑らかに移行させる。この電動機５が減速しながらも正回転している間に、パイロット操作式逆止弁３は図６（ｄ）に示すように緩慢に開弁（所定時間かけて開弁）するため、水圧ポンプ４に作用する圧力は概一定となり、リーク量は一定となるから、電動機５の回転数が低減すると、水圧ポンプ４の吐出流量は該リーク量を下回るようになる。この水圧ポンプ４の吐出流量の低減分をパイロット操作式逆止弁３から水圧ポンプ４に向けての流出流量で補う形となり、水圧シリンダ２側からの作動水の排出量が徐々に増加し、乗り籠１が徐々に下降し始める。
【００５９】
その後、電動機５はインバータ６からの駆動電力により、正回転から逆回転に移行し、水圧シリンダ２内の作動水は、パイロット操作式逆止弁３を通り、該水圧ポンプ４に吸込まれ、乗り籠１は下降を始める。上記のように乗り籠１の始動時に圧力の急激な変化がなく、また急激な速度変化も生じないため、該乗り籠１の滑らかな始動開始を実現できる。
【００６０】
なお、第二圧力検出器１０は、水圧シリンダ２側の圧力と水圧ポンプ４側の圧力との差が所定の値を超えたことを検知すればよいので、フィードバック制御に使用するような高精度のセンサである必要はなく、例えば、差圧スイッチのようなものでも良い。
【００６１】
次に電動機５が既定の定格速度に達し、乗り籠１が一定の速度で下降している間は、水圧ポンプ４は水圧シリンダ２内の作動水を吸込み、リリーフ弁１４を介してタンク８に吐出することを除けば上昇時と略同じである。乗り籠１の下降時に水圧ポンプ４から吐出される作動水を直接タンク８に戻さないのは、リリーフ弁１４により水圧ポンプ４の吐出圧を所定圧力に保持することで、水圧ポンプ４が水圧シリンダ２側の圧力の影響を受けずに、乗り籠１の下降速度が過速することを防止するためである。
【００６２】
制御装置７が位置検出器１６ｃを介して乗り籠１が減速開始位置に達したことを検知すると、図５（ｂ）に示すように「低速３」のインバータ指令信号をインバータ６へ出力する。該「低速３」のインバータ指令信号によりインバータ６は、予め設定された変化率で電動機５に供給する駆動電力の周波数を変化させ、図５（ａ）に示すように該電動機５を既定の速度まで減速する。これにより水圧ポンプ４の作動水の吸込流量も減少し、プランジャ２ａの伸長速度が減速するとともに、乗り籠１の下降速度が減速するが、この時の乗り籠１の速度は、圧力の影響を受けて変化する。
【００６３】
この低速領域での乗り籠１の速度は、上昇運転時においてはプランジャ２ａに加わる荷重の増加により、水圧ポンプ４のリーク量が増大すると低下するのに対し、下降運転時においては該圧力の増加により水圧ポンプ４のリーク量が増大すると水圧シリンダ２の排出流量が増加するため、速度が上昇するという逆の傾向を示す。
【００６４】
乗り籠１が減速した後、制御装置７が該乗り籠１の着床レベルの手前に達したことを位置検出器１６ｄを介して検知すると、図７（ｂ）に示すようにインバータ６に停止信号を出力する。該インバータ６は、既定の変化率で電動機５に供給する駆動電力の周波数を変化させ、駆動電力の供給を停止することで電動機５は停止する。
【００６５】
また、制御装置７は、インバータ６に停止信号を出力した後、既定の減速待機期間経過後に図７（ｃ）に示すように電磁切換弁１１への励磁信号の出力を停止することで、該電磁切換弁１１を消磁し、パイロット操作式逆止弁３を閉弁する。また、制御装置７は、乗り籠１の下降開始時に記憶した「遅延時間２」だけ待機して、図７（ｄ）に示すように制御弁１２の切換弁１２ｂを励磁する。
【００６６】
パイロット操作式逆止弁３が完全に閉弁すると、水圧シリンダ２から排水される作動水は、制御弁１２の絞り弁１２ａを介してタンク８に排出される状態に切り替り、図７（ａ）に示すように乗り籠１の下降速度は、着床直前の速度となる。このように、乗り籠１の着床直前の速度は絞り弁１２ａを通過する作動水の流量により制限される。この絞り弁１２ａの通過流量は、上記式（４）より絞り弁１２ａ前後の圧力差ΔＰ3の平方根に比例するため、水圧ポンプ４のリーク量よりも圧力による影響は小さい。
【００６７】
通常、エレベータにおいて、着床時（停止時）の衝撃を避けるため、着床直前の速度は極めて低速に設定する。乗り籠１の上昇運転時には、水圧ポンプ４のリーク量の分だけ乗り籠１の速度が遅くなるため、インバータ６による電動機５の回転数を制御して水圧ポンプ４の回転数を過小にせずとも乗り籠１を極めて低速に運転することも可能である。しかし乗り籠１の下降運転時には、水圧シリンダ２内から水圧ポンプ４のリーク量の分だけ作動水が排出されてしまうため、乗り籠１の速度は速くなる。インバータ６は、水圧ポンプ４のリーク量に相当する回転速度より低い回転数で運転することは困難であるから、インバータ６によって乗り籠１の速度を極低速に制御することは困難である。
【００６８】
従って、着床直前に乗り籠１の下降速度を極低速に制御するためにはインバータ６による速度制御から、制御弁１２による速度制御に切り替える必要がある。インバータ６による下降速度と制御弁１２による乗り籠１の下降速度の間には、ある程度の差があるため、前記の速度制御の切り替えを急激に行うと乗り籠１の下降速度が急速に低下して、該乗り籠１に衝撃が作用して乗り心地が悪くなる。そこで、制御装置７がインバータ６に停止信号を送出し、電動機５（即ち水圧ポンプ４）が減速している途中で、制御弁１２による速度制御に切り替えることで、切り替え時の衝撃の発生を抑制する。
【００６９】
インバータ６から電動機５へ供給する駆動電力の停止までの周波数を適切に設定してあれば、電動機５（即ち水圧ポンプ４）の回転数はしだいに減速し、水圧ポンプ４の吸込量も滑らかに低減する。従って、水圧シリンダ２からの作動水の排出量が次第に減少するため、乗り籠１の下降速度は滑らかに低下する。電動機５が停止するまでの時間は概一定であるから、制御装置７がインバータ６に停止指令を送出してから一定時間、即ち減速待機期間の間、待機してから制御弁１２による速度制御に切り替えれば、乗り籠１の下降速度が充分に低下してから制御弁１２による速度制御に切り替えることができる。なお、本実施形態例では減速待機時間を一定としたが、例えば後述の「待機時間３」と同様にプランジャ２ａに加わる荷重に応じて適切に調整してもよい。
【００７０】
また、制御弁１２を開弁するタイミングをパイロット操作式逆止弁３が閉弁するタイミングとずらしている。即ち、制御装置７が図７（ｃ）に示す電磁切替弁励磁信号を停止するタイミングから図７（ｄ）に示すように「遅延時間２」だけ遅れて制御弁１２の切換弁１２ｂを励磁する切換弁励磁信号を出力している。これは、パイロット操作式逆止弁３が完全に閉弁する前に制御弁１２の切換弁１２ｂを開弁してしまうと、水圧ポンプ４及び切換弁１２ｂの両方から水圧シリンダ２内の作動水が排出され、乗り籠１の下降速度が増速し、その後パイロット操作式逆止弁３を閉弁すると、作動水の排出が切換弁１２ｂにより制限され、乗り籠１の下降速度が急速に減速し、該乗り籠１が振動して乗り心地が極めて悪くなることを防止するためである。
【００７１】
また、パイロット操作式逆止弁３の閉弁の応答速度は水圧シリンダ２のプランジャ２ａに加わる荷重の影響で若干変化するため、これを補正するために制御装置７は水圧シリンダ２側の圧力を第一圧力検出器９を介して読み取り、該読み取った圧力に基いて「遅延時間２」を計算し、制御弁１２の切換弁１２ｂを励磁するための切替弁励磁信号を送るタイミングを調整している。
【００７２】
また、速度センサなどを用いて、乗り籠１の下降速度が適切な速度に減速したことを検知して、制御弁１２による速度制御に切り換えるタイミング（「遅延時間２」）を決定することも可能であるが、速度センサを用いても機器の応答速度の変化には対応できない。そこで、上記のようにすることで簡単な構成で、機器の応答速度の変化にも対応することが可能となる。
【００７３】
乗り籠１の下降速度が制御弁１２による速度制御領域に達した後に、制御装置７は位置検出器１６ｅを介して乗り籠１が着床レベルに達したことを検知すると（図７（ｅ）参照）、「遅延時間３」だけ待機して制御弁１２の切換弁１２ｂの励磁を停止し（図７（ｄ）参照）、切換弁１２ｂを閉弁とする。切換弁１２ｂが閉弁することで、水圧シリンダ２内の作動水の排出はなくなり、プランジャ２ａが停止し、乗り籠１の位置が保持される。
【００７４】
上記のように乗り籠１の着床レベルを位置検出器１６ｅで検知した後に、「遅延時間３」だけ待機して切換弁１２ｂを閉弁するのは、乗り籠１の上昇運転時の空走距離の変化と同様の理由からである。即ち、プランジャ２ａに加わる荷重の変化により作動水が制御弁１２を通過する流量が変化することで、制御弁１２の切換弁１２ｂの閉弁動作が遅れる間に乗り籠１が下降する距離が変化することを補正するためである。
【００７５】
図８は、本水圧エレベータの下降運転時の「遅延時間３」と乗り籠１の荷重の関係を示す図である。同図に示すように、「遅延時間３」と乗り籠１の関係は、図４に示す本水圧エレベータの上昇運転時の「遅延時間１」と乗り籠１の荷重との関係とは逆の関係になる。「遅延時間３」は、乗り籠１が空荷、即ちプランジャ２ａに作用する荷重が最も小さい乗り籠１の荷重のみの場合に最大値となり、定格荷重の場合に最小値となる線形補間を用いている。
【００７６】
これは、プランジャ２ａに加わる荷重が小さく水圧シリンダ２に作用する圧力が小さい場合には、切換弁１２ｂを励磁した後の該切換弁１２ｂに流れる作動水の流量が少ないため、乗り籠１の空走距離が短く、該圧力が大きい場合には、乗り籠１の空走距離が長くなるためである。上記式（４）に表される絞り弁１２ａの特性を考慮すると、より複雑な圧力の平方根に比例する計算式の方が原理的には良好な結果が得られることも考えられるが、本特許出願の発明者が行った水圧エレベータの性能実験によれば、図８に示すような線形補間で十分な着床レベルの精度が得られることがわかった。
【００７７】
水圧エレベータを上記のように構成することにより、乗り籠１の上昇・下降の動作制御は、圧力（荷重）や温度によらず常に一定の周波数や変化率によるインバータ制御で行い、単に動作のタイミングを変更しているだけであるため、インバータ６が電動機５に供給する駆動電力の周波数を圧力や温度によって変化させたり、該周波数や水圧シリンダ２に作用する圧力を連続的に制御する必要がないので、高度な制御装置は必要ない。
【００７８】
また、該乗り籠１の上昇・下降の動作制御に必要な演算の精度は、０．０１秒程度であり、インバータ６に制御装置７が停止信号を与えてから乗り籠１が停止するまでのわずかな時間（１秒以下）を補正するだけであるため、８ビット程度の演算精度があれば、十分な精度が得られる。このため、図４及び図８に示すような線形補間の計算式のために高性能なＣＰＵ（中央演算処理装置）も必要ではない。
【００７９】
さらに、乗り籠１の上昇・下降の動作制御は、乗り籠１の運転期間中に圧力を測定したり、遅延時間１、２、３の計算を実施する必要がないため、安価なＰＬＣ（シーケンス制御装置）の時間管理機能と演算機能で実現可能であり、乗り籠１の動作開始時に必要な計算にかかる時間も短いため、乗り籠１のドアの開閉の間に演算可能であり、演算のための動作の遅れも生じない。
【００８０】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００８１】
請求項１に記載の発明によれば、制御装置は、乗り籠の上昇運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第１の遅延時間を演算し、インバータを介して乗り籠の位置及び速度を目的着床レベルの近くまで制御し、位置検出手段により停止位置を検知した後に、第１の遅延時間だけ水圧ポンプの運転を継続してから該水圧ポンプを停止するようにインバータを制御するので、乗客数等乗り籠荷重によらずいつも同じ位置に着床でき、乗り心地が向上する。また、作動媒体として水を用いているのでエレベータ装置の構成が簡素化できる。
【００８２】
請求項２に記載の発明によれば、制御装置は前記乗り籠の下降運転時、第一の圧力検出手段の出力に基づき、第３の遅延時間を演算し、パイロット操作式逆止弁とインバータを介して、乗り籠の位置及び速度を目的着床レベル近くまで制御した後、制御弁による位置及び速度の制御に切り換え、前記位置検出手段により停止位置を検知してから、第３の遅延時間だけ制御弁の開状態を継続した後に該制御弁を閉止するように制御するので、乗客数等乗り籠荷重によらずいつも同じ位置に着床でき、乗り心地が向上する。また、作動媒体として水を用いているのでエレベータ装置の構成が簡素化できる。
【００８３】
請求項３に記載の発明によれば、制御装置は、制御弁による位置及び速度の制御への切り換えを、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行うので、パイロット操作式逆止弁とインバータとを介しての制御において十分に減速させ、その後に切り換えることで乗り籠への衝撃を緩和し乗り心地が更に向上する。
【００８４】
請求項４に記載の発明によれば、制御装置は、第一の圧力検出手段の出力により、更に第２の遅延時間を演算し、インバータによる水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行う前記制御弁による位置及び速度の制御への切り換えにおいて、パイロット操作式逆止弁を閉弁させるための信号出力と、制御弁を開弁させるための信号出力との間に第２の遅延時間に等しい時間間隔を設けたので、パイロット操作式逆止弁と制御弁とが両方ともに開状態となってしまう事態を避け、一方でパイロット操作式逆止弁が全閉するとほぼ同時に制御弁を開くように設定できるから、乗り籠への衝撃を緩和でき乗り心地が更に向上する。
【００８５】
請求項５に記載の発明によれば、制御装置は、乗り籠の下降運転開始時、インバータに水圧ポンプを水圧シリンダに作動水を供給する方向に運転する指令信号を出力し、第二の圧力検出手段の圧力検出値が第一の圧力検出手段の圧力検出値を超えた時点で、パイロット操作式逆止弁に開弁指令を出力するととともに、該水圧ポンプを水圧シリンダから作動水を排出する方向に運転する指令信号を出力する機能を具備するので、乗り籠の下降開始時の圧力や速度の急変がなく、良好な乗り心地で下降開始が実現できる。
【００８６】
上記請求項１乃至５に記載の発明では、水圧エレベータを構成する検出器や制御装置に高度で複雑なものを使用する必要がないため、信頼性の高い水圧エレベータ装置を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の油圧エレベータの構成例を示す図である
【図２】 本発明にかかる水圧エレベータの構成例を示す図である。
【図３】 本水圧エレベータの上昇運転時の電動機（乗り籠）の速度及び指令信号と時間の関係を示す図である。
【図４】 本水圧エレベータの上昇運転時の「遅延時間１」と乗り籠の荷重の関係を示す図である。
【図５】 本水圧エレベータの下降運転時の電動機（乗り籠）の速度及び指令信号と時間の関係を示す図である。
【図６】 本水圧エレベータの下降開始時の電動機（乗り籠）の速度及び各種信号と時間の関係を示す図である。
【図７】 本水圧エレベータの下降停止時の電動機（乗り籠）の速度及び各種信号と時間の関係を示す図である。
【図８】 本水圧エレベータの下降運転時の「遅延時間３」と乗り籠の荷重の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 乗り籠
２ 水圧シリンダ
３ パイロット操作式逆止弁
４ 水圧ポンプ
５ 電動機
６ インバータ
７ 制御装置
８ タンク
９ 第一圧力検出器
１０ 第二圧力検出器
１１ 電磁切換弁
１２ 制御弁
１３ 逆止弁
１４ リリーフ弁
１５ リリーフ弁
１６ａ〜ｅ 位置検出器
Claims (5)
- 乗り籠をプランジャを介して昇降させる水圧シリンダと、タンクから前記水圧シリンダに作動水流路を介して作動水を給排水する水圧ポンプと、前記水圧シリンダと水圧ポンプ間の作動水流路に設けたパイロット操作式逆止弁と、該パイロット操作式逆止弁と水圧シリンダ間の作動水流路から分岐して前記タンクに連通する作動水流路に設けた常時閉の制御弁と、前記水圧ポンプを駆動する電動機と、前記電動機に周波数を制御して駆動電力を供給するインバータと、前記インバータ、パイロット操作式逆止弁及び制御弁の動作を制御する制御装置と、前記水圧シリンダとパイロット操作式逆止弁間の作動水流路に設けた第一の圧力検出手段と、前記乗り籠の位置を検出しその検出信号を前記制御装置に出力する位置検出手段とを備えて水圧エレベータを構成し、
前記制御装置は前記乗り籠の上昇運転時、前記第一の圧力検出手段の出力に基づき、第１の遅延時間を演算し、前記インバータを介して前記乗り籠の位置及び速度を目的着床レベルの近くまで制御し、前記位置検出手段により停止位置を検知した後に、前記第１の遅延時間だけ前記水圧ポンプの運転を継続してから該水圧ポンプを停止するように前記インバータを制御することを特徴とする水圧エレベータ装置。 - 乗り籠をプランジャを介して昇降させる水圧シリンダと、タンクから前記水圧シリンダに作動水流路を介して作動水を給排水する水圧ポンプと、前記水圧シリンダと水圧ポンプ間の作動水流路に設けたパイロット操作式逆止弁と、該パイロット操作式逆止弁と水圧シリンダ間の作動水流路から分岐して前記タンクに連通する作動水流路に設けた常時閉の制御弁と、前記水圧ポンプを駆動する電動機と、前記電動機に周波数を制御して駆動電力を供給するインバータと、前記インバータ、パイロット操作式逆止弁及び制御弁の動作を制御する制御装置と、前記水圧シリンダとパイロット操作式逆止弁間の作動水流路に設けた第一の圧力検出手段と、前記乗り籠の位置を検出しその検出信号を前記制御装置に出力する位置検出手段とを備えて水圧エレベータを構成し、
前記制御装置は前記乗り籠の下降運転時、前記第一の圧力検出手段の出力に基づき、第３の遅延時間を演算し、前記パイロット操作式逆止弁と前記インバータを介して、前記乗り籠の位置及び速度を目的着床レベル近くまで制御した後、前記制御弁による位置及び速度の制御に切り換え、前記位置検出手段により停止位置を検知してから、前記第３の遅延時間だけ前記制御弁の開状態を継続した後に該制御弁を閉止するように制御することを特徴とする水圧エレベータ装置。 - 請求項２に記載の水圧エレベータ装置において、
前記制御装置は、前記制御弁による位置及び速度の制御への切り換えを、前記インバータによる前記水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行うことを特徴とする水圧エレベータ装置。 - 請求項３に記載の水圧エレベータ装置において、
前記制御装置は、前記第一の圧力検出手段の出力により、更に第２の遅延時間を演算し、前記インバータによる前記水圧ポンプの停止に至る減速運転中に行う前記制御弁による位置及び速度の制御への切り換えにおいて、前記パイロット操作式逆止弁を閉弁させるための信号出力と、前記制御弁を開弁させるための信号出力との間に前記第２の遅延時間に等しい時間間隔を設けたことを特徴とする水圧エレベータ装置。 - 請求項２乃至４のいずれか１に記載の水圧エレベータ装置において、
前記パイロット操作式逆止弁と前記水圧ポンプ間の作動水流路に第二の圧力検出手段を設け、
前記制御装置は、前記乗り籠の下降運転開始時に、前記インバータに前記水圧ポンプを前記水圧シリンダに作動水を供給する方向に運転する指令信号を出力し、前記第二の圧力検出手段の圧力検出値が前記第一の圧力検出手段の圧力検出値を超えた時点で、前記パイロット操作式逆止弁に開弁指令を出力するとともに、前記水圧ポンプを前記水圧シリンダから作動水を排出する方向に運転する指令信号を出力することを特徴とする水圧エレベータ装置。
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